新晋诺贝尔化学奖技术，“量子点”究竟能用来做什么？

【锋巢网】

你相信光吗？这句话对大多数人来说或许就是个网络流行梗，但对电视行业来说却是真实写照。

当然，这里的光指的是人类真正能“看见”的光。简单来说就是人的眼球能感应到的三种光，即红光、绿光和蓝光。人的大脑通过接收这三种光传递过来的神经信号，在脑中生成了五颜六色。后来的电视、电脑、手机等屏幕根据这个原理，让人能看到各种各样色彩艳丽的画面。

无论是最早的CRT，还是后来的LCD和LED，亦或是现在的OLED和QLED量子点，人们都在追求更清晰的技术路线，真实还原人类双眼——从眼球的感知细胞靠“光”看见色彩，到借助大脑传递的神经信号描绘出缤纷世界，以智能电视为代表的显示设备掀起了一场科技风暴。

关于“光”的科技想象在这场风暴中不断开拓，被誉为“人类有史以来发现的最优秀发光材料”的量子点真正走进大众视野。

群星闪耀，发光魔法点亮科技树

去年，诺贝尔化学奖公布了获奖名单，当瑞典皇家科学院将奖项授予蒙吉•巴文迪、路易斯•布鲁斯和阿列克谢•伊基莫夫，以表彰他们在“发现和合成量子点”方面的贡献时，闪耀人类科学的量子点迎来高光时刻。

什么是量子点？通俗来说，可以理解成纳米量级大小的半导体粒子，由数百或数千原子组成。当晶体进入纳米尺寸接近电子的德布罗意波长，会受到电子和空间限制，形成类似于原子的不连续能量结构，这种结构就是量子限域效应。

由于量子限域效应，量子点的性质介于大块半导体和离散原子或分子之间，量子点的能隙和发光波长与其尺寸和形状有关，因此，可以通过调节尺寸和形状，从而实现由蓝光到红光多种颜色发光以及更高纯度光源的精准控制。

要搞懂量子点，就不得不提量子。自17世纪牛顿经典力学建立以来，能量连续性假设就在物理学中深深扎根。20世纪初，普朗克率先提出的量子概念揭示了能量的离散本质，打破了经典力学长期以来的统治地位，并开启了一扇通往“量子点”世界的大门。

1937年，赫伯特•弗勒利希经过计算后提出，微小颗粒的材料特性可能与尺寸相关，而颗粒的尺寸会影响颜色等物理特性。几十年后，研究人员利用一种分子束，在大块材料上制造了一层纳米薄涂层材料，涂层的光学特性会因厚度不同而变化，这一观察结果与赫伯特•弗勒利希的理论相吻合。

但只有实验上的突破还远远不够，横在行业面前难以逾越的还有一座高山：应用。

实验需要超高真空和接近绝对零度的温度，很难将现象应用到实际。转折点出现在 20 世纪 80 年代，前文提到的两位诺贝尔奖获得者阿列克谢•伊基莫夫和路易斯•布鲁斯各自独立成功发现并合成了量子点。

阿列克谢•伊基莫夫成功在有色玻璃中创造出依赖于尺寸的量子效应，其颜色来自氯化铜纳米颗粒。研究证实了颗粒尺寸会通过量子效应影响玻璃的颜色。几年后，美国贝尔实验室工作的路易斯•布鲁斯在太阳能化学反应过程中发现了溶液中自由漂浮的量子点，这使他成为首个证实流体中自由漂浮粒子的尺寸也依赖量子效应的科学家。

随着量子效应接连证实，量子点应用这座大山被凿开了口子。但与此同时，难解的问题接踵而至：尽管研究人员已经意识到自己正在研究一种全新材料，却依旧无法生成出尺寸均匀的量子点。

第三位诺贝尔奖获得者蒙吉·巴文迪解决了量子点生产难点。1993年，蒙吉·巴文迪的研究团队通过改变量子点结晶条件，成功生产出具有特定尺寸大小的纳米晶体。这些晶体具有独特的量子效应，为后续量子点实现商业化应用提供了坚实的基础。

值得一提的是，21世纪初，一些“绿色”且成本较低的材料逐渐取代蒙吉·巴文迪合成方式中的高毒高危化学品。安全简便且低廉的新合成工艺让量子点逐渐走入资本视野，量子点从学术界主导进入企业主导时代。

从学术到商用，量子点时代正在到来

量子点诞生之初，曾有学者根据其光电特性预测，其主要应用领域将集中在电子与光学方面。事实证明，率先推动量子点技术落地的领域，正是显示产业。

现在提到量子点电视，首先想到的头号玩家就剩三星和TCL。但仔细回顾发展史可以发现，科技巨头索尼其实也曾同台竞技。在这场竞技中，三星胜出在情理之中，但为什么后来和三星一起坐上王位的，会是当时刚在国际上崭露头角的TCL？

追根溯源，一切要从2013年开始说起。彼时，索尼和QD vision公司合作推出了量子点背光源液晶电视，采用单色蓝光LED灯+量子点微管作背光，微管里边封装不同大小颗粒的硒化镉，直径小点的颗粒被照射会发绿光，大点的颗粒则会发红光。这样一来，电视只需要一种蓝光LED灯就能发出纯净的RGB三色光谱。

问题在于早期的量子点技术还不够成熟，会有蓝绿色溢出的毛病。于是，索尼索性砍掉QD vision的量子点技术路线，改用PFS荧光粉实现广色域。

在量子点应用领域，TCL和三星后来居上。2014年，中国第一台量子点电视TCL H9700问世。紧随其后，三星、海信纷纷加入阵营，试图用量子点技术打开通向未来的视觉盛宴之门。索尼后知后觉，在浪潮涌起后又决心重启，但此时它的身份已经从领头羊变成追赶者。

量子点技术狂潮，正式拉开帷幕。

2015年，三星在CES大会上宣布全新量子点曲面电视SUHD TV上市。同年，飞利浦推出量子点电视。

2016年，TCL发布全球首款QUHD TV量子点电视X1。同年，三星收购QD Vision，对，没错，就是上面为索尼提供技术的QD Vision。一开始三星以quantum量子点电视作为宣传方向，到2017年，三星直接将其命名为QLED电视并大肆宣传，QLED一举成名。

QLED是“Quantum Dot light Emitting Diode”的简写，中文直译为量子点发光二极管，通常也叫量子点显示技术。这是一项介于液晶和OLED之间的新技术，通过蓝光LED照射量子点来激发红光及绿光。量子点尺寸介于2~8纳米不等，当其受到光或电的刺激便会发出有色光线，光线颜色由大小形状决定。根据直径不同，量子点可以发蓝、绿、黄、橙、红等不同颜色的光。

利用这种特性将量子点光学材料放在背光源与液晶面板间形成一层量子点薄膜，能够解决普通LCD电视背光色彩不够明亮问题。而采用蓝光LED通过附有红色和绿色量子点的光学材料(QDEF膜片)，能得到高纯度的白光，同时还原出更加靓丽的色彩。另外，量子点薄膜还可以有效降低产品的制造成本。

回过头来看，技术开发什么最重要？选对路线并持续加码。在这场决定智能电视行业未来走向的关键竞赛中，索尼一步之差从首发者变成追赶者，海信等一众企业后知后觉步履不停，而持续加码的TCL和三星则一马当先，稳坐第一梯队。

量子点的终极形态——电致发光

亿万用户构成的庞大市场对终极显示效果的追求，进一步推动了各大科技厂商不断探索新技术，寻找更完美的屏幕。要让量子点满足这一点并非易事，为了更好的契合需求，以TCL和三星为代表的领头羊进行了多轮技术迭代。

量子点在显示领域的应用形式主要有三种，一是直接取代荧光粉，属芯片封装型；二是封进玻璃管中放在面板侧边，属侧管封装型；三是做成薄膜进行覆盖，属光学膜集成型。随着企业对三种方式的不同选择，围绕量子点出现技术分野。

以最具代表性的领头羊TCL为例，自2012年起就开始研究量子点技术。2015年，为了提高量子点器件的发光效率及可靠性，TCL率先推出量子点膜片的技术方案。随着应用场景不断增加，以面转换为基础的量子点膜片成为市场的主流技术。

2017年，TCL承担了国家科技部重点研发计划“量子点背光关键技术开发及应用示范”项目，致力推动国内量子点的技术和产业化发展，在国际上率先实现了钙钛矿量子点光学膜、量子点扩散板的产业化应用，为行业发展提供了颇具中国特色的量子点技术路线。

值得注意的是，这里的钙钛矿量子点来自浙江大学叶志镇院士核心团队的研发成果。与传统的量子点相比，钙钛矿量子点作为全球首创的颠覆性材料，在品质和稳定性方面性能更为突出。

2019年，TCL结合量子点和Mini LED技术，创造性首发QD-Mini LED电视，领先全球。2023年，TCL发布全球首款尺寸最大QD-Mini LED巨幕电视，这是TCL长期在量子点技术和MiniLED大屏电视领域深耕的又一力作。

此外，作为行业先驱者之一，TCL正在致力实现量子点的终极形态——电致发光。

2014年，TCL发布搭载了量子点Pro 2024技术的量子点电视，这款代表了显示领域量子点技术下一步方向的产品，通过升级四元量子晶体Pro，采用更稳定的合金结构，保障量子点晶体有更长的有效发光时间，延长了电视的使用寿命，同时实现了更高的色域值、色纯度和色准，让画面能够还原出世界真实的美。

展望未来，近几年随着量子点扩散板、QD-OLED、钙钛矿量子点等技术不断研发应用，量子点的进步成为推动显示行业进步的重要驱动力。与此同时，随着TCL等一众企业持续深耕，未来，量子点技术或将为柔性电子器件、微型传感器、更薄的太阳能电池以及加密量子通信等行业发展做出重要贡献，照亮人类的生活。